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1、LED散热指引Revision1–2010SHENZHENEngineeringLearningCenter周大凯目录•LED散热的必要性•LED结温Tj与热阻R的计算•LED产品的热管理•LED灯具的散热设计1.灯珠与基板的选择与设计2.导热膏的选择与使用3.散热器的选型与设计•新型散热技术简介Copyright©2008,Cree,Inc.pg.2散热问题是当前半导体照明技术发展的技术瓶颈！光电转换效率•白炽灯～3%•荧光灯～15%•LED10%～40%60%~90%能量转化为热量在结温60~80度时，Xlamp
2、热转换效率约70~80%Cree~40%pg.<#>Copyright©2008,Cree,Inc.3LED的结构分析热电分离结构金线LED芯片SiC衬底（导热系数>400W/m.℃）Copyright©2008,Cree,Inc.pg.4LED的结溫TjLED的基本结构是一个半导体的P-N结。一般把P-N结区的温度定义为LED的结温。但LED的P-N结区温度无法直接测量到。LED芯片Copyright©2008,Cree,Inc.pg.5LED的热阻Rjsjsp热阻的定义：热流通道上的温度差与通道上耗散功率之比。L
3、ED的热阻定义：Rthj-sp:从PN结(j)到焊点(sp)的热阻。•单位:℃/W或K/WCopyright©2008,Cree,Inc.pg.6结温对LED寿命有重大影响一般電子零件的溫度每上升10℃，壽命就變成約一半。温度每上升2℃，可靠性将下降10%。XLamps~50000hrs@Tj<80’C除了寿命的影响．結溫的影響还有当LED结温80°C的时候,白光１．光輸出LED的光输出效率只有85%。pg.<#>Copyright©2008,Cree,8Inc.除了寿命的影响．結溫的影響还有２．正向电压•LED温度
4、系数–4mV/°C（负温度系数）•结温Tj上升，LED的正向电压降低pg.<#>Copyright©2008,Cree,9Inc.相关热阻的计算物体固有热阻：Rth=L/λSL是物体的传热方向厚度，λ是物体的热传导方向导热系数，S取物体传热流道截面面积最小值。物体面接触热阻的定义：当热量流过两个相接触的固体的交界面时，界面本身对热流呈现出明显的热阻，称为接触热阻。接触热阻与接触材料，接触面粗糙度，以及压力有关。----------基本无法计算，一般实验测试算出。减小接触热阻的措施是：①增加两物体接触面的压力，使物体交
5、界面上的突出部分变形，从而减小缝隙增大接触面。②在两物体交界面处涂上有较高导热能力的胶状物体——导热脂。我们一般采用导热硅脂来减小热阻，接触良好的话接触热阻可忽略不计。Copyright©2008,Cree,Inc.pg.10结温的计算测焊盘上焊点的温度即是：T结温=THS+P功率*（Rjs+R接触热阻+RPCB)=T焊盘+P功率*RjsCopyright©2008,Cree,Inc.pg.11结温的计算举例T结温=T焊盘+P功率*Rjs例：某款灯，采用5颗cree产品XP-G系列灯珠,单颗灯输入功率：IF=350m
6、A,UF=3.3V;测试环温Ta=25℃时，测得铝基板焊盘处焊点温度为Tc=52.8℃，则可推算此款产品结温约为：Tj=T焊盘+P功率*Rjs=T焊盘+IF*Ua*Rjs=52.8℃+0.35A*【3.3-0.0021*（52.8-25）】V*6℃/W=59.6℃Copyright©2008,Cree,Inc.pg.12LED的热管理解决方法：(A)改进LED芯片、封装的结构和材料;——上中游产业完成(B)系统集成，主要针对灯具散热方式，提高换热效率。散热设计研究方向——灯具散热设计的主要工作Copyright©20
7、08,Cree,Inc.pg.13LED灯具散热结构剖析LED灯的热流通道CREE灯珠XR-E8℃/W使用导热硅胶XP-C12℃/W减小接触热阻MC-E3℃/WXP-G5℃/W铝灯珠散热器周围芯片基基板壳体环境板热阻小的灯珠有更低的结温增加覆铜良好的结构较低的环温面积有利便于空气对流较好的气流场节点温度控制在<85℃于热量传导Copyright©2008,Cree,Inc.pg.14铝基板MCPCB的设计选择产品标准厚度：0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0mm铜箔厚度：35um70um105um1
8、40um280um特色:导热系数一般为1~3W/m.℃（陶瓷基板为20以上），具有高散热性、电磁屏蔽性，机械强度高（强于陶瓷基板），加工性能优良。工艺要求有：镀金、喷锡、osp抗氧化、沉金、无铅ROHS制程等。增加散热基板覆铜面积，可以使热量分布均匀，有利于散热低热阻，良好绝缘性将导热绝缘材料导出来的热量进一步传递给散热器（导热层）Copyri
